close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Применение кислорода в промышленности

код для вставкиСкачать
Применение кислорода в
промышленности
Выполнила:
ученица 9-а класса
СОШ № 3
Рябова Анастасия.
Содержание
•
•
•
•
•
•
•
•
Кислород
История открытия
Происхождение названия
Нахождение в природе
Получение
Физические свойства
Химические свойства
Применение
Кислород
• Кислород — элемент главной подгруппы шестой
группы, второго периода периодической системы
химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным
номером 8. Обозначается символом O (лат.
Oxygenium). Кислород — химически активный
неметалл, является самым лёгким элементом из
группы халькогенов. Простое вещество кислород
(CAS-номер: 7782-44-7) при нормальных условиях —
газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого
состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в
связи с чем его также называют дикислород. Жидкий
кислород имеет светло-голубой цвет.
• Существуют и другие
аллотропные формы
кислорода, например,
озон (CAS-номер:
10028-15-6) — при
нормальных условиях
газ голубого цвета со
специфическим
запахом, молекула
которого состоит из
трёх атомов
кислорода (формула
O3).
История открытия
• Официально считается, что кислород был
открыт английским химиком Джозефом
Пристли 1 августа 1774 года путём
разложения оксида ртути в герметично
закрытом сосуде (Пристли направлял на это
соединение солнечные лучи с помощью
мощной линзы).
•
2HgO (t) → 2Hg + O2↑
• Однако Пристли
первоначально не понял, что
открыл новое простое
вещество, он считал, что
выделил одну из составных
частей воздуха (и назвал этот
газ «дефлогистированным
воздухом»). О своём
открытии Пристли сообщил
выдающемуся французскому
химику Антуану Лавуазье. В
1775 году А. Лавуазье
установил, что кислород
является составной частью
воздуха, кислот и содержится
во многих веществах.
• Несколькими годами ранее (в 1771 году)
кислород получил шведский химик Карл
Шееле. Он прокаливал селитру с серной
кислотой и затем разлагал получившийся
оксид азота. Шееле назвал этот газ
«огненным воздухом» и описал своё открытие
в изданной в 1777 году книге (именно потому,
что книга опубликована позже, чем сообщил о
своём открытии Пристли, последний и
считается первооткрывателем кислорода).
Шееле также сообщил о своём опыте
Лавуазье.
• Важным этапом,
который
способствовал
открытию кислорода,
были работы
французского химика
Петра Байена,
который опубликовал
работы по окислению
ртути и последующему
разложению её
оксида.
• Наконец, окончательно разобрался в природе
полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся
информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела
громадное значение, потому что благодаря ей была
ниспровергнута господствовавшая в то время и
тормозившая развитие химии флогистонная теория.
Лавуазье провел опыт по сжиганию различных
веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав
результаты по весу сожженных элементов. Вес золы
превышал первоначальный вес элемента, что дало
Лавуазье право утверждать, что при горении
происходит химическая реакция (окисление)
вещества, в связи с этим масса исходного вещества
увеличивается, что опровергает теорию флогистона.
• Таким образом, заслугу открытия кислорода
фактически делят между собой Пристли, Шееле и
Лавуазье.
Происхождение названия
• Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё
«кислотвором») своим появлением в русском языке
до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову,
который ввёл в употребление, наряду с другими
неологизмами, слово «кислота»; таким образом
слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой
термина «оксиген» (фр. l'oxygène), предложенного А.
Лавуазье (греческое όξύγενναω от ὀξύς — «кислый» и
γενναω — «рождаю»), который переводится как
«порождающий кислоту», что связано с
первоначальным значением его — «кислота», ранее
подразумевавшим окислы, именуемые по
современной международной номенклатуре
оксидами.
Нахождение в природе
• Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его
долю (в составе различных соединений, главным образом
силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной
коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество
связанного кислорода — 88,8 % (по массе), в атмосфере
содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по
объёму и 23,12 % по массе. Более 1500 соединений земной
коры в своем составе содержат кислород.
• Кислород входит в состав многих органических веществ и
присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых
клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около
65 %.
Получение
• В настоящее время в промышленности кислород получают из
воздуха. В лабораториях пользуются кислородом
промышленного производства, поставляемым в стальных
баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим
лабораторным способом его получения служит электролиз
водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода
можно также получать взаимодействием раствора перманганата
калия с подкисленным раствором пероксида водорода. Также
хорошо известны и успешно применяются в промышленности
кислородные установки, работающие на основе мембранной и
азотной технологий. При нагревании перманганат калия KMnO4
разлагается до манганата калия K2MnO4 и диоксида марганца
MnO2 с одновременным выделением газообразного кислорода
O2 :
• 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑
• В лабораторных условиях получают также каталитическим
разложением пероксида водорода Н2О2:
• 2Н2О2 → 2Н2О + О2↑
• Катализатором является диоксид марганца (MnO2) или кусочек
сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие
разложение пероксида водорода).
• Кислород можно также получить каталитическим разложением
хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:
• 2KClO3 → 2KCl + 3O2↑
• Помимо изложенного лабораторного метода кислород получают
методом разделения воздуха на воздухоразделительных
установках с чистотой до 99,9999% по O2.
Физические свойства
•
При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха.
1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в
воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78
мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22
объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.
•
При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая
диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000
°C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.
•
Жидкий кислород (темп. кипения −182,98 °C) это бледно-голубая
жидкость.
•
Фазовая диаграмма O2
•
Твердый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы.
Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при
давлении в 1 атм.:
• α-О2 — существует при температуре ниже
23,65 К; ярко-синие кристаллы относятся к
моноклинной сингонии, параметры ячейки
a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°
• β-О2 — существует в интервале температур
от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы
(при повышении давления цвет переходит в
розовый) имеют ромбоэдрическую решётку,
параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°
• γ-О2 — существует при температурах от 43,65
до 54,21 К; бледно-синие кристаллы имеют
кубическую симметрию, период решётки
a=6,83 Å
• Ещё три фазы образуются при высоких
давлениях:
• δ-О2 интервал температур до 300 К и
давление 6-10 ГПа, оранжевые кристаллы;
• ε-О2 давление от 10 и до 96 ГПа, цвет
кристаллов от темно красного до чёрного,
моноклинная сингония;
• ζ-О2 давление более 96 ГПа, металлическое
состояние с характерным металлическим
блеском, при низких температурах переходит
в сверхпроводящее состояние.
Химические свойства
• Сильный окислитель, взаимодействует, практически, со всеми
элементами, образуя оксиды. Степень окисления −2. Как
правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и
ускоряется при повышении температуры. Пример реакций,
протекающих при комнатной температуре:
• 4K + O2 → 2K2O
• 2Sr + O2 → 2SrO
• Окисляет соединения, которые содержат элементы с не
максимальной степенью окисления:
• 2NO + O2 → 2NO2
• Окисляет большинство органических
соединений:
• CH3CH2OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
• При определенных условиях можно
провести мягкое окисление
органического соединения:
• CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O
• Кислород не окисляет Au и Pt, галогены и
инертные газы.
• Кислород образует пероксиды со степенью
окисления −1.
• Например, пероксиды получаются при
сгорании щелочных металлов в кислороде:
• 2Na + O2 → Na2O2
• Некоторые окислы поглощают кислород:
• 2BaO + O2 → 2BaO2
•
По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером,
окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного
пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно
выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода
льдом, наряду с водой, образуется перекись водорода:
•
H2 + O2 → H2O2
•
Надпероксиды имеют степень окисления −1/2, то есть один электрон
на два атома кислорода (ион O2 -). Получают взаимодействием
пероксидов с кислородом при повышенных давлениям и температуре:
•
Na2O2 + O2 → 2NaO2
•
Озониды содержат ион O3 - со степенью окисления −1/3. Получают
действием озона на гидроксиды щелочных металлов:
•
КОН(тв.) + О3 → КО3 + КОН + O2
•
Ион диоксигенил O2+ имеет степень окисления +1/2. Получают по
реакции:
•
PtF6 + O2 → O2PtF6
• Фториды кислорода
• Дифторид кислорода, OF2 степень окисления +2, получают
пропусканием фтора через раствор щелочи:
• 2F2 + 2NaOH → OF2 + 2NaF + H2O
• Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O2F2, нестабилен,
степень окисления +1. Получают из смеси фтора с кислородом в
тлеющем разряде при температуре −196 °C.
• Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом
при определенных давлении и температуре получаются смеси
высших фторидов кислорода O3F2, О4F2, О5F2 и О6F2.
• Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.
• В свободном виде элемент существует в двух аллотропных
модификациях:O2 и O3 (озон).
Применение
• Химия, нефтехимия :
Cоздание инертной среды в емкостях,
азотное пожаротушение, продувка и
испытание трубопроводов, регенерация
катализаторов, упаковка продукции в азотной
среде, интенсификация окислительных
процессов, выделение метана, водорода,
углекислого газа.
• Нефть и Газ :
Создание инертной
среды в резервуарах, во
время разгрузочнопогрузочных работ,
азотное пожаротушение,
продувка и испытание
трубопроводов, очистка
технологических
емкостей.
• Металлургия :
Защита черных и цветных
металлов во время отжига,
нейтральная закалка, цианирование,
пайка твердым припоем, спекание
порошковым металлом.
• Фармацевтика :
Транспортировка продуктов азотом,
создание инертной среды в резервуарах
с продуктом, упаковка препаратов.
• Медицина
Получение кислорода для
медицинских применений.
• Пищевая промышленность:
Хранение, перевалка и упаковка
пищевой продукции — орехов, чипсов,
масла, кофе, пива и др. в условиях
инертной среды, создание
модифицированной атмосферы в
овощехранилищах, повышение
эффективности разведения рыб.
• Электронная промышленность :
Cоздание инертной среды с
целью предотвращения окисления
элементов электросхем.
• Другое :
Получение азота для создания
инертной среды в технологических
объемах, продувки трубопроводов,
азотного пожаротушения. Получение
кислорода для резки и сварки.
• Спасибо за просмотр!!!
Документ
Категория
Презентации по химии
Просмотров
753
Размер файла
2 372 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа